5G যুগে, ডায়মন্ড/মেটাল কম্পোজিট কি অতিরিক্ত গরম সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলিকে বাঁচাতে পারে?

ইলেকট্রনিক প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে যোগাযোগ প্রযুক্তি ধীরে ধীরে 5G যুগে প্রবেশ করেছে। যদিও সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলি ক্রমাগত আপডেট করা হচ্ছে, ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলিও বড়-স্কেল, উচ্চ-সংহতকরণ এবং উচ্চ-শক্তির দিকে অগ্রসর হচ্ছে। SiC এবং GaN দ্বারা উপস্থাপিত ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলির প্রয়োগ ইনসুলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর (IGBTs) এর দ্রুত বিকাশের দিকে পরিচালিত করেছে, যা তথ্য প্রযুক্তির একটি নতুন প্রজন্মের জন্য একটি নতুন পরিস্থিতির সূচনা করছে৷

উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ বর্তমান ঘনত্ব হল IGBT চিপগুলির বিকাশের প্রবণতা, যা অনিবার্যভাবে ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির অতিরিক্ত উত্তাপের কারণ হবে৷ গবেষণা তথ্য দেখায় যে যখন চিপের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 70-80 ডিগ্রি সেলসিয়াসে পৌঁছায়, তখন প্রতি 1 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য চিপের নির্ভরযোগ্যতা 5% কমে যায়। ইলেকট্রনিক ডিভাইসের ব্যর্থতার মোডের 55% এরও বেশি অত্যধিক তাপমাত্রার কারণে ঘটে। তাপ অপচয়ের সমস্যা সমাধানের জন্য, আরও দক্ষ কুলিং প্রযুক্তি গ্রহণ করার পাশাপাশি, 400W/(m·K) এর চেয়ে বেশি তাপ পরিবাহিতা এবং সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের সাথে মেলে একটি সম্প্রসারণ সহগ সহ নতুন হালকা ওজনের ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং উপকরণগুলি বিকাশ করা জরুরি। একটি নতুন ধরনের ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং উপাদান হিসাবে, হীরা/ধাতুর যৌগিক উপাদানগুলি দশ বছরেরও বেশি গবেষণা এবং উন্নয়নের পর ধীরে ধীরে স্টেজের কেন্দ্রে চলে গেছে এবং অত্যন্ত প্রত্যাশিত।

ডায়মন্ডের চমৎকার কর্মক্ষমতা রয়েছে যেমন বড় নিষিদ্ধ ব্যান্ড প্রস্থ, উচ্চ কঠোরতা এবং তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ ইলেকট্রন স্যাচুরেশন ড্রিফট গতি, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ, জারা প্রতিরোধ এবং বিকিরণ প্রতিরোধ। এটি উচ্চ-ভোল্টেজ এবং উচ্চ-দক্ষ শক্তি ইলেকট্রনিক্স, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-শক্তি মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স, গভীর আল্ট্রাভায়োলেট অপটোইলেক্ট্রনিক্স এবং অন্যান্য ক্ষেত্রের অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। বর্তমানে পরিচিত প্রাকৃতিক পদার্থের মধ্যে হীরার সর্বোচ্চ তাপ পরিবাহিতা (2200W/(m·K)), যা সিলিকন কার্বাইড (SiC) থেকে 4 গুণ বড়, সিলিকন (Si) থেকে 13 গুণ বড় এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) এর চেয়েও বড় ) এটি 43 গুণ বড়, যা তামা এবং রৌপ্যের 4 থেকে 5 গুণ বেশি। বর্তমানে, হীরা/ধাতু তাপ-বিচ্ছুরণকারী যৌগিক উপকরণগুলি প্রতিশ্রুতিশীল।

হীরা একটি ঘনক স্ফটিক, কার্বন পরমাণুর সমযোজী বন্ধন দ্বারা গঠিত। হীরার অনেক চরম বৈশিষ্ট্য হল sp³ সমযোজী বন্ধন শক্তির প্রত্যক্ষ ফলাফল যা একটি শক্ত কাঠামো এবং অল্প সংখ্যক কার্বন পরমাণু তৈরি করে। ধাতু মুক্ত ইলেকট্রনের মাধ্যমে তাপ সঞ্চালন করে এবং এর উচ্চ তাপ পরিবাহিতা উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার সাথে যুক্ত। বিপরীতে, হীরাতে তাপ সঞ্চালন শুধুমাত্র জালি কম্পনের (অর্থাৎ ফোনন) দ্বারা সম্পন্ন হয়। হীরার পরমাণুর মধ্যে অত্যন্ত শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন কঠোর স্ফটিক জালিকে উচ্চ কম্পন ফ্রিকোয়েন্সি তৈরি করে, তাই এর ডেবাই বৈশিষ্ট্যগত তাপমাত্রা 2220K এর মতো বেশি। যেহেতু বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশন ডেবাই তাপমাত্রার তুলনায় অনেক কম, ফোনন বিচ্ছুরণ ছোট, তাই মাধ্যম হিসাবে ফোননের সাথে তাপ সঞ্চালন প্রতিরোধের অত্যন্ত ছোট। কিন্তু যেকোন জালির ত্রুটি ফোনন বিচ্ছুরণ তৈরি করবে, যার ফলে তাপ পরিবাহিতা হ্রাস পাবে, যা সমস্ত স্ফটিক পদার্থের অন্তর্নিহিত বৈশিষ্ট্য।

হীরা/তামার যৌগিক পদার্থের তাপ পরিবাহিতা প্রধানত যৌগিক উপাদান ইন্টারফেসের নকশা এবং প্রস্তুতির প্রক্রিয়া দ্বারা সীমিত, বিশেষ করে তামার ম্যাট্রিক্স, হীরা, হীরার ভলিউম ভগ্নাংশ, কণার আকার এবং এর উন্নতি উভয়ের মধ্যে ইন্টারফেস এটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। সাধারণত, একটি সম্পূর্ণ ক্রিস্টাল ফর্ম, কম নাইট্রোজেন কন্টেন্ট, 100-500 um সাইজ সহ হীরাকে যৌগিক উপাদানের রিইনফোর্সিং ফেজ হিসাবে ব্যবহার করা হয় যাতে পৃষ্ঠটি গ্রাফাইটের মতো ফেজে রূপান্তরিত হতে না পারে, কম্পোজিটে হীরার ভগ্নাংশ বৃদ্ধি পায়। উপাদান, এবং উচ্চ মানের হীরা / কপার যৌগিক উপাদান পেতে সাহায্য করুন।

ক্রমবর্ধমান শক্তি ঘনত্ব সহ অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলির মুখোমুখি, হীরা/ধাতুর যৌগিক উপাদানগুলি দ্রুত তাপ অপচয় অর্জন করতে পারে কিনা তা দেখার অপেক্ষায় রয়েছে।